アインシュタインの相対性理論について教えてください。

正確な説明は数学でしなければなりません。

文章だけでかけばどうしても不正確になります。まあしかし、私が以前、掲示板で回答したこととも重なりますが、一応わかりやすく書いてみます。

１．慣性系において物理の法則は同等である
２．真空中における光の速度は一定である
たったこれだけなんです。

慣性系というのは、一定の速度で動いている系のことです。この慣性系の中では物理法則は全く同じ式でかけるというものです。静止している系Ａを動いている系Ｂから観測すれば、むしろＢが静止して、Ａが動いているように見えます。このそれぞれの系が、全く同等というものです。これが１です。

もうひとつの原則は、光速度は真空中においては一定の速度で進むというものです。（そう観測されるといったほうがわかりやすいかもしれません）、これが２ですね。

なんだい、こんなことは当たり前じゃないかと思われるかもしれません。でも次を考えてみましょう。（光速度を３０万ｋｍ／秒とします）。ロケットが光速度の半分、１５万ｋｍで地球に近づいているとします。そのロケットからだされた光が地球に届くとしますね。普通だったらロケットから発射される光の速度は、ロケットの速度＋光の速度で４５万ｋｍの速度になるはずですよね。

ところがこれは先ほどの２、光速度不変の原理に反します。ではアインシュタインはどうしたか、光速度不変になるように空間と時間の概念を変えてしまうのです。空間と時間は私たちは別々の不変のものと思っていますが、むしろ不変なものは光速度であり、空間と時間は一体となって、光速度が不変になるように変更されるというものなんです。そのため、距離が短くなるとか、時間が遅れるとか、非常識で理解に苦しむことがたくさんでてきます。

詳細については数式できっちり書かなければなりませんし、このような小スペースで書ききることはできません。ですので、ご自身で一度勉強をしてみて下さい。一般の啓蒙書は相対論がもたらす状況を興味本位で書いてあるものが多いですが、きちんと理解しようとすると数式もはいっている本が必要です。数式が入っているといっても、中学生程度の数学の力があれば特殊相対論は理解することができます。

私には「相対性理論の初等講義／東京図書」がおもしろかったです。もっともすでに絶版になっているかもわかりません。一般的な啓蒙書としてはPHP 文庫の「『相対性理論』を楽しむ本」（1999 年 佐藤勝彦 監修）がいいですね。

なお、アインシュタインは特殊相対論ではまだ不十分だと考えました。なぜなら、運動には等速度で動く場合だけではなく加速度運動（広い意味での加速度運動というのは速度が速くなるだけではなく減速するもの、回転するものも含まれます）もあるからです。

考えてみてください。新幹線の中で新幹線が同じ速度で走っている間は、ホームでまっているときと同じ感覚ですが、加速するとき、減速するとき等には、慣性力という力がかかります。また回転運動がある場合は遠心力がかかります。純粋な慣性系というのはきわめて特殊なものです。だからこそ、アインシュタインは、慣性系のみで成立する＝特殊な条件でしか成立しない、ということで特殊相対論と名付けたのです。

アインシュタインは、この特殊相対論を更に拡張して、加速度系（非慣性系）にも適用しようというものです。そのための公理として
１．あらゆる非慣性系においても物理法則は同等である（正確には局所慣性系において物理法則は同等である）
２．加速度の及ぼす影響と重力の及ぼす影響は区別できない。（等価原理）
ということを基本として一般相対論を考え出したのです。

もともとは加速度系の物理法則を考えるために、一般相対論を考えたのですが、等価原理により、加速度運動を記述することは、そのまま重力を記述することになります。ですので一般相対論は重力を取り扱う理論といえるのです。

一般相対論は多くの予言をしています。たとえば重力が強い場所では時間の遅れが生じる、重力が強ければ空間が曲がる、水星の近日点移動がニュートン力学よりわずかにずれる等々です。これは、。１９１６年という今から９０年近い前に発表された理論にもかかわらず、現在の高い観測技術でも、確認されています

一般相対論について理解するためには、テンソル、リーマン幾何学等々の大学の数学専攻程度の能力が必要となります。

参考文献をあげておきます。

フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
特殊相対性理論
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%89%B9%E6%AE%8A% …

フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
一般相対性理論
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%80%E8%88%AC% …

#5さんの大前提が基本柱です。

あとは要りませんね。
はっきりって、他に出回っている本だとナニがなんだかわからないかと思います。ちょっとしたカルト本だとあからさまに否定してますし、その理由もわけわかめな感じです。

そういう時は、原文を読みましょう。幸い安く購入できます。ちょっとした中学卒業レベルでも理解出来る程度です。
わけわかめな注釈はありません。すっきりと理解出来ると思いますよ。

参考URL：http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4003393 …

　自分で理解する以外にありませんが、少しだけ理解に役立てば。

　相対性理論を難しくしているものは何でしょうか。私は、「四次元」にあるのではないかと考えています。我々はこの世界を「三次元」と認識していますが、相対性理論では、これに時間を加えた「四次元」として扱います。単に時間を付け足した、というだけではありません。時間と空間が入り混じることが起きます。
　当然、人間は四次元の世界を見たことはありませんが、四次元の世界がどういう性質を持っているかは推論することができます。二次元と三次元の関係から、三次元と四次元の関係を求めることができるからです（ただし、現実の世界はユークリッド的な空間ではないので、少しひねくれてますが）。ここには想像力が要求されます。想像力を働かせずに相対性理論を理解することはできません。人にいくら聞いたところで、自分で想像することができなければ、いつまでも相対性理論を理解することはできません。
　相対性理論が四次元空間での幾何学と関係していることが理解できれば、時間の進み方が遅くなったり、長さが縮んだり、ということの意味がよく分かります。この辺は、ぜひ自分で勉強してください。
　最後にもう1つ。相対性理論を難しくしているもう1つの大きな原因は、相対性理論は難しいという先入観です。数式も必要ですが、難しい数学は必要ありません。先入観を持たずに、気楽に勉強しましょう。

　私も良く解ってませんが，手元の「アインシュタインの宿題」（福江　純，光文社，知恵の森文庫）によると，『光は誰からみても光速で進む，どんなスピードで運動している観測者が測っても，光の速さはつねに光速度ｃになる』という原理（光速度不変の原理）が『特殊相対論のひとつの柱』だそうです。

　・http://www.kobunsha.com/book/HTML/chi_78239_6.html
　・http://www.amazon.co.jp/exec/obidos/ASIN/4334782 …

　また，『アインシュタインは，絶対空間とか絶対時間を放棄して，代わりに，「光速度」という "絶対的な" 規準を設定した』ともあります。

　つまり，【「光速度」は絶対的・不変な規準】として様々な現象を説明していくと，『時間が変化する』という結果になったのだと思います。

　なお，ネット上にこんなサイトを見付けました。比較的解り易いように思います。

　・http://homepage1.nifty.com/tac-lab/
　　アインシュタインの相対性理論

参考URL：http://okweb.jp/kotaeru.php3?q=1437586

そんなこと一言では説明出来ません。

講談社のブルーバックスからいくつか入門書が出ていますので、それを読んでください。

Newton5月号を見よ。

私も思わず買ってしまった「みるみる理解できる82ページ」

・・・でも読んでも理解できない・・・というよりも、今までの自分の固定概念を捨てて「そういうもの」と受け入れるしかないのでしょう。
理解する代物ではないのだと思います。
だって時間が遅く進むだの、物の大きさが変化するだの子供じみたウソみたいな話ですから。
昔の人が地球は丸い言った人を馬鹿者扱いしたのと同じぐらい突飛な理論。
ただ、宇宙で観測される様々な現象が相対性理論で説明がつくというんだから信じるしか私にはできません。

＞光に近い高速で走ると時間が変化するってことですよね？

　すでに誤解があるかも。
　とても教えて！gooで説明することはできないので（数式も図解も困難だし）、本屋さんの新書コーナーなどで、教養書としてのやさしい解説書…自分で読みやすいと思える解説書を探してみてください。

　最初は、わかりやすい特殊相対性理論の解説を読んだ方がいいと思います。特殊相対性理論がだいたいわかったら、一般相対性理論に進みましょう。いきなり一般相対性理論に入ろうとすると混乱するかも。

●特殊相対性理論
　特殊な条件下（わりと身近な環境）に限定したより具体的な相対性理論。

●一般相対性理論
　あらゆる条件に対応したより観念的な相対性理論。